高炉本体设计

作用： （1）炉腰处恰是冶炼的软熔带，透气性 变差，炉腰的存在扩大了该部位的横向空 间，改善了透气条件。 （2）在炉型结构上，起承上启下的作用， 使炉腹向炉身的过渡变得平缓，减小死角。
炉腰高度（h3）：
一般取值1～3m，炉容大取上限，设计 时可通过调整炉腰高度修定炉容。 一般炉腰直径（D）与炉缸直径（d） 有一定比例关系，D/d取值： 大型高炉1.09～1.15
死铁层厚度： 新设计高炉的死铁层厚度h0=0.2d。
3.1.3 炉型设计与计算
名词概念：
（1）设计炉型：按照设计尺寸砌筑的炉型；
（2）操作炉型：指高炉投产后，工作一段时 间，炉衬被侵蚀，高炉内型发生变化后的炉型； （3）合理炉型：指冶炼效果较好，可以获得 优质、低耗、高产和长寿的炉型，具有时间性 和相对性。
炉型设计合理，符合要求。
（9）绘制高炉炉型图：
风口中心线 铁口中心线
图3－2 2018m3高炉炉型图
3.2 高炉炉衬
概念： 按照设计炉型，以耐火材料砌筑的
实体为高炉炉衬。 作用：
（1）在于构成高炉的工作空间； （2）减少高炉的热损失； （3）保护炉壳和其它金属结构免受热应
力和化学侵蚀的作用。
3.2.1 炉衬破损机理
（3）风口高度：
风口中心线与铁口中心线间距离称 为风口高度（hf）。 风口高度可参照下式计算：
hZ hf k
式中：
k
——渣口高度与风口高度之比，一般
取0.5～ 0.6，渣量大取低值。
（4）风口数目（n）： 主要取决于炉容大小，与炉缸直径 成正比，还与冶炼强度有关。 风口数目可以按下式计算：
则：
取
h4 17m
校核

2h4 2 17 tg 9.71 D d1 11 7.5
847'21' '
选取： 则： 取
Hu
D
2.56
H u 2.5611 28.16
H u 28.2m
求得：
h3 H u h1 h2 h4 h5 28.2 3.5 3.5 17 2.0 2.2m
取： 校核：
d 9.8m
Vu 2018 26 .75 合理 A 9 .8 2 4
②炉缸高度：
渣口高度：
bP hz 1.27 2 NC 铁 d 1.27 1.20 4035 1.64 2 10 0.55 7.1 9.8
取 hz 1.7m
风口高度：
高炉容积：
Vu V1 V2 V3 V4 V5 264.01 297.65 209.08 1156 04 88.36 2015 2m 3 . .
误差：
Vu V 2015 2 2018 . V 0.14% ' 2018 Vu ＜ 1%
' u
4bP hz 2 N c r铁 d
式中： p——日产生铁量，t； b ——生铁产量波动系数，一般取1.2； N ——昼夜出铁次数，一般2h出一次铁； r铁——铁水密度，7.1t/m3；
c——渣口以下炉缸容积利用系数，一般取0.55～0.60，
炉容大、渣量大时取低值； d ——炉缸直径，m；
d1
h4
h5 h0 h1 h2 h3 Hu
β
D
α
hf
风口中心线 渣口中心线 铁口中心线
hz
d
β——炉身角；
图3－1 五段式高炉内型图
1. 高炉有效容积和有效高度
1）有效高度：
高炉大钟下降位置的下缘到铁口
中心线间的距离称为高炉有效高度
（Hu），对于无钟炉顶为旋转溜槽最
低位置的下缘到铁口中心线之间的距
V
' u
P
V
4035 2018 m 3 ) ( 2.0
（3）炉缸尺寸： ①炉缸直径： 选定冶炼强度：
I 0.95 t m3 d
燃烧强度： i燃 1.05 t m 2 h
I Vu 0.95 2018 ＝0.23 9.83(m) 则： d 0.23 i燃 1.05

4
D h2
2

4
11 2.2 209 .08m
2
3
炉身体积：
V4

12
h4 ( D 2 Dd1 d12 )

12
17(112 11 7.5 7.5 2 ) 1156.04m 3
炉喉体积：
V5

4
d h
2 1 5

4
7.5 2 2.0 88.36 m 3
离。
2）高炉有效容积 ： 在有效高度范围内，炉型所包括 的容积称为高炉有效容积（Vu）。
Hu/D：
有效高度与炉腰直径的比值（Hu/D）是表 示高 炉“矮胖”或“细长”的一个重要设计指 标，不同 炉型的高炉，其比值的范围是：
巨型高炉 ～2.0 大型高炉 2.5～3.1 中型高炉 2.9～3.5 小型高炉 3.7～4.5
Vu——高炉有效容积，m3 d——高炉炉缸直径，m
计算得到的炉缸直径再用Vu/A进
行校核，不同炉容的Vu/A取值为：
大型高炉：22～28 中型高炉：15～22
小型高炉：11～15
（2）渣口高度：
渣口中心线与铁口中心线间距离。
渣口过高，下渣量增加，对铁口的维护 不利；渣口过低，易出现渣中带铁事故， 从而损坏渣口；大、中型高炉渣口高度 多为1.5～1.7m。也可以参照下式计算：
：
8016 '1' '
（6）炉喉直径、炉喉高度
选取： 则： 取 选取：
d1
D
0.68
d1 0.6811 7.48
d1 7.5m
h5 2.0m
（7）炉身角、炉身高度、炉腰高度
选取：
84
D d1 11 7.5 h4 tg tg 84 16.65 2 2
1. 炉底：
炉底破损分两个阶段，初期是铁 水渗入将砖漂浮而形成锅底形深坑；
铁水渗入的条件：
（1）炉底砌砖承受着液体渣铁、 煤气压力、料柱重量的10～12％； （2）砌砖存在砖缝和裂缝。
第二阶段是熔结层形成后的化学侵蚀。 铁水中的碳将砖中二氧化硅还原成 硅，并被铁水所吸收。
影响炉底寿命的因素：
（1）是承受的高压； （2）是高温； （3）是铁水和渣水在出铁时的流动对炉底 的冲刷； （4）砖衬在加热过程中产生温度应力引起 砖层开裂； （5）在高温下渣铁对砖衬的化学侵蚀，特 别是渣液的侵蚀更为严重。
中型高炉1.15～1.25
小型高炉1.25～1.5
6. 炉喉（d1、h5）：
炉喉呈圆柱形。 作用：
承接炉料，稳定料面，保证炉料合理分布。
炉喉直径与炉腰直径比值 d1/D取值在 0.64～0.73之间。
7. 死铁层厚度（h0）
铁口中心线到炉底砌砖表面之间的
距离称为死铁层厚度。
作用： （1）残留的铁水可隔绝铁水和煤气对炉底 的冲刷侵蚀，保护炉底； （2）热容量可使炉底温度均匀稳定，消除 热应力的影响； （3）稳定渣铁温度。
炉身角： 一般取值为81.5º ～85.5º 之间。大高 炉取小值，中小型高炉取大值。 4000～5000m3高炉β角取值为81.5º 左右， 前苏联5580m3高炉β角取值 7942 '17 ' '
炉身高度 ：
D d1 h4 tg 2
5. 炉腰：
炉腹上部的圆柱形空间为炉腰， 是高炉炉型中直径最大的部位。
2. 炉缸：
（1）渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降， 大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是 主要的破坏因素； （2）化学侵蚀； （3）风口带为最高温度区。
烈膨胀，炉腹的存在适应这一变化。
炉腹的结构尺寸是炉腹高度和炉腹角。
炉腹高度由下式计算 ：
Dd h2 tg 2
炉腹角一般为79º ～83º ，过大不利于煤气
分布并破坏稳定的渣皮保护层，过小则增
大对炉料下降的阻力，不利于高炉顺行。
4. 炉身：
炉身呈正截圆锥形。
作用：
（1）适应炉料受热后体积的膨胀，有利于 减小炉料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。 （2）适应煤气流冷却后体积的收缩，保证 一定的煤气流速。 （3）炉身高度占高炉有效高度的50～60％， 保障了煤气与炉料之间传热和传质过程的 进行。
1. 比较法： 由给定的产量确定炉容，根据建厂的冶炼
条件，寻找条件相似，炉容相近，各项生产技
术指标较好的合理炉型作为设计的基础。经过
几次修订参数和计算，确定较为合理的炉型。
目前，设计高炉多采用这种方法。
2. 计算法： 计算法即经验数据的统计法。
计算时可选定某一关系式，算出某一主
要尺寸，再根据炉型中各部位尺寸间的关系 式作炉型计算，最后校核炉容，修定后确定 设计炉型。
中小型高炉： 大型高炉： 4000m3左右的巨型高炉：
n 2(d 1)
n 2(d 2)
n 3d
式中： d ——炉缸直径，m
风口数目也可以根据风口中心线在炉缸圆周上的距离 进行计算：
d n s
S 取值在1.1～1.6m之间, 风口数目一般取偶数。
（5）风口结构尺寸（a）：
选取：
h0 1.5m
（5）炉腰直径、炉腹角、炉腹高度 选取： 则： 取
D
d
1.13
D 1.13 9.8 11.07
D 11m
选取： 则： 取 校核
8030 '
Dd h2 tg 80 30 ' 3.58 2
h2 3.5m
2h2 2 3.5 tg 5.83 D d 11 9.8
hz 1.7 hf 3.03 k 0.56
取
h f 3.0m
风口数目：
n 2(d 2) 2 (9.8 2) 23.6
取
n 24个
风口结构尺寸：
选取： a=0.5m
则炉缸高度：
h1 h f a 3.0 0.5 3.5(m)
（4）死铁层厚度
3 高炉本体设计
ห้องสมุดไป่ตู้.1 高炉炉型
概念：高炉内部工作空间剖面的形 状称为高炉炉型或高炉内型。
3.1.1 炉型的发展过程
1.无型阶段 2.大腰阶段——炉腰尺寸过大的炉型。 炉缸和炉喉直径小，有效高度低， 而炉腰直径很大。 3.近代高炉
3.1.2 五段式高炉炉型
Hu——有效高度； h0——死铁层厚度； h1——炉缸高度； h2——炉腹高度； h3——炉腰高度； h5——炉喉高度； hf——风口高度； hz——渣口高度； d——炉缸直径； D——炉腰直径； d1——炉喉直径； α——炉腹角； h4——炉身高度；
根据经验直接选定，一般0.35～0.5m
（6）炉缸高度：
h1 h f a
3. 炉腹
炉腹在炉缸上部，呈倒截圆锥形。
作用：
（1）炉腹的形状适应了炉料熔化滴落后体积 的收缩，稳定下料速度。 （2）可使高温煤气流离开炉墙，既不烧坏炉 墙又有利于渣皮的稳定。
（3）燃烧带产生大量高温煤气，气体体积激
校核炉容： 炉缸体积：
V1

4
d h1
2

4
9.8 3.5 264 .01m
2
3
炉腹体积：
2 2 V2 h2 ( D Dd d ) 12 2 2 3 3.5 (11 11 9.8 9.8 ) 297.65m 12
炉腰体积：
V3
高炉炉型计算
设计年产制钢生铁280万吨的高炉车间
（1）确定年工作日：
365 95% 347(天)
日产量：
280 10 P总 8069 2(t ) . 347
4
（2）定容积： 选定高炉座数为2座，利用系数
V 2.0 t
m3 d
每座高炉日产量： P 总 P 4035 t ) ( 2 每座高炉容积：
经验公式 ： 大型高炉：
H u 6.44Vu
d 0.32Vu
0.2
0.45
适应于我国50～70年代1000～2000m3高 炉的基本情况，炉型为瘦长型。
中小型高炉：
H u 4.05Vu
0.256
d 0.564 u V
代中小型高炉状况。
0.37
这两个公式基本适应于我国50～60年
对现代大型高炉和巨型高炉可以用书 上16页式3－14～3－23计算，用这些公式计 算得到的炉型，体现了近代高炉横向型发展 的总趋势。 书上表3－5为我国部分高炉炉型尺寸， 表3－6为国外部分高炉炉型尺寸，设计高炉 时可作参考。
2. 炉缸
高炉炉型下部的圆筒部分为炉缸， 炉缸的上、中、下部位分别设有风口、 渣口与铁口。
（1）炉缸直径
炉缸截面燃烧强度：指每小时每平方
米炉缸截面积所燃烧的焦炭的数量， 一般为1.0～1.25t/m2· h。
I Vu d 0.23 i燃
式中：
I——冶炼強度， t/m3· d
i
——燃烧強度，t/m2· h 燃